NATRIUMPOLYAKRYLAATTI JA KANGAS MUODONANNOSSA

Transkriptio

1 NATRIUMPOLYAKRYLAATTI JA KANGAS MUODONANNOSSA Niklas Alenius Materiaalitutkimus-kurssin tutkimusraportti Muotoilun pääaine Taiteiden ja Suunnittelun Korkeakoulu Aalto-Yliopisto 3/2017

2 1 TIIVISTELMÄ Tutkimuksessa käsitellään natriumpolyakrylaatin sekä kankaiden yhdistelmien mahdollisuuksia muotoilun sovelluksissa. Tavoitteena oli löytää materiaaliyhdistelmä joka mahdollistaisi rakenteellisesti kestävän muodonannon, karsimatta natriumpolyakrylaatin vettä imeviä ja tilavuudeltaan laajenevia ominaisuuksia. Materiaaliyhdistelmän testaamisen lisäksi keskeisenä tavoitteena oli syvempi ymmärrys natriumpolyakrylaatista erityisesti empiirisesti kokeilemalla. Tutkimus toteutettiin yhdistämällä ominaisuuksiltaan kolme erilaista tekstiiliä sekä kolmessa eri muodossa löytyvää natriumpolyakrylaatti yhdistettä. Koesarja koostuu 9 erilaisesta kankaan ja natriumpolyakrylaatin yhdistelmästä. Tarkoitus on vertailla veteen altistetun ja kuivana pysyneen koepalan ominaisuuksia ja eroavaisuuksia. kaikki koepalat valmistettiin ompelemalla kaavaa apuna käyttäen. Koepaloihin ommeltiin viisi leveydeltään erilaista kanavaa johon natriumpolyakrylaattia lisättiin sisään tilavuuden kanssa samassa suhteessa. Natriumpolyakrylaattia lisättiin koepaloihin sama määrä lukumääräisesti laskemalla ja silmämääräisesti arvioimalla. Tutkimus suoritettiin empiirisenä tutkimuksena lopputuloksia aistein havainnoiden sekä mitaten. Lopputuloksista selvisi että natriumpolyakrylaatti ja tekstiili ovat vähintään kehittämisen arvoinen materiaaliyhdistelmä. Etenkin ohuiden joustavien kankaiden, sekä paksumpien jämäköiden kankaiden yhdistelmät vaikuttivat lupaavilta. Aion kehittää tulevaisuudessa pidemmälle vietyjä tuotekonsepteja tutkimuksen materiaaleihin pohjaten.

3 2 SISÄLLYS 1 TIIVISTELMÄ 2 2 SISÄLLYS 3 3 JOHDANTO 4 4 MENETELMÄT MATERIAALIT KOESARJA 6 5. TULOKSET PIENET KUULAT SUURET KUULAT RAKEET KANKAAT VÄRIT JOHTOPÄÄTÖKSET LÄHTEET 15

4 3 JOHDANTO Kartoitin tutkimukseni avulla natriumpolyakrylaatin ja kankaiden yhdistelmiä osana kolmiuloitteisen objektin muodonantoa, rakennetta sekä funktiota. Tarkoituksena oli saavuttaa ymmärrys materiaalista tai rakenteesta joka kykenee säilömään huomattavan määrän nestettä, ollen silti helposti käsiteltävä niin käyttäjän kuin valmistajan näkökulmasta. Myös materiaalin laajentuminen ja kutistuminen kosteuden mukaan tuo kiinnostavan lisän mahdollisiin tuloksiin ja myöhempiin sovelluksiin. Suoritin materiaalitutkimuksen 18 koepalan sarjan avulla. Sodium akrylaatin valmistuksen hankaluuden vuoksi turvauduin tutkimuksessani jo löytyviin kaupallisten tahojen materiaaleihin.tutkimusmetodeja pohtiessani mietin hyvinkin erilaisia tapoja hyödyntää natriumpolyakrylaatin mahdollisuuksia muodonannossa. Käytössä olevan ajan ja resurssien valossa päädyin kankaan ja eri muotoisten natriumpolyakrylaattien yhdistelmään. Näin saavutin informaatiota kertoviin tutkimustuloksiin sekä perehdyin laajemmin materiaalin luomiin mahdollisuuksiin. Materiaalin ainutlaatuiset ominaisuudet voisivat mahdollistaa laajojakin sovelluksia uusille innovaatioille ja tutkimustuloksille. Taka-ajatuksena materiaalitutkimuksen aiheen valinnalle oli henkilökohtainen kiinnostus kasvien kasvattamiseen ja siihen liittyvien ongelmien ratkaisemiseen muotoilun keinoin. Näen kasvien kasvatukseen liittyvien tuotteiden ja uusien innovaatioiden kehittämisen erittäin kiinnostavana ja lupaavana mahdollisuutena. Juuri tutkimani materiaalin ja rakenteen vettä sitovat ominaisuudet tuovat kiinnostavan näkökulman kasviteollisuutta pohtiessa. Myös materiaalin pitkä historia ja laajat sovellukset tuovat lisäaspekteja sovellusten pohtimiseen. Tutkimuksen yksi keskeisimmistä tavoitteista oli luoda materiaali, johon yhdistetty natriumpolyakrylaatti kestää käsittelyä vettä imeneenääkin murtumatta. Pidän ekologista näkökulmaa elintärkeänä erityisesti kasviteollisuuden sovelluksia ja innovaatioita etsiessä. Yksi polyakrylaatin helmasynneistä onkin sen maatumattomuus. 1 Tavoitteenani olikin löytää biohajoamaton materiaaliyhdistelmä, jonka voisi poistaa polyakrylaatteineen maaperästä käytön jälkeen. 1 P&G consumer care, henkilökohtainen tiedonanto , Mayagroup customer service, henkilökohtainen tiedonanto

5 4 MENETELMÄT Tutkimus suoritettiin tekemällä eri materiaaliyhdistelmiä sisältävä koesarja. Sarja sisältää 9 erilaista variaatiota kankaiden ja polyakrylaatin yhdistelmistä. Jokaisella koepalalla on saman materiaaliyhdistelmän omaava vertailuyksilö. Toinen näistä koepaloista altistetaan veteen ja toinen säilyy kuivana. Näin ollen tuloksia voi vertailla empiirisesti tunnustelemalla ja mittaamalla. 4.1 MATERIAALIT Tutkimuksessa käytettiin kolmea erilaista kangaslaatua sekä kolmea erilaista natriumpolyakrylaattia. Kankaat valittiin valmistusmateriaalin, tunnun ja esteettisten ominaisuuksien mukaan. Oleellisin seikka valinnassa oli biohajoavuus. Tarkoituksena oli löytää kangas joka ei hajoaisi luontoon. Näin ollen päädyin keinokuiduista valmistettuihin kankaisiin. Myös polyesterikankaan hyvät kierrätysmahdollisuudet ja kestävyys 2 vaikuttivat myönteisesti lopulliseen valintaan Natriumpolyakrylaatti C3H3NaO2 on polyakrylaattihapon suola. Yhdisteen erityispiirteenä on sen kyky sitoa suuria määriä vettä hyvinkin nopeasti. Yhdiste kykenee sitomaan vesijohtovettä noin 300 kertaa omaan massaansa nähden 3. Juuri natri- umpolyakrylaatin vettä sitovat ominaisuudet tekevät siitä kiinnostavan tutkimuskohteen muotoilun näkökulmasta. Yhdiste onkin nykyään erittäin laajasti käytetty kuluttajatuotteissa kuten vaipoissa, kosmetiikassa kuin pesuaineissakin. Yhdistettä sovelletaan paljon myös esimerkiksi vesihuollon työkaluna. Natriumpolyakrylaattien valintaan vaikuttivat suuresti aikataulu ja resurssit. Materiaalin valmistus tutkimusta varten osoittautui hankalaksi, joten turvauduin kaupallisilta tahoilta löytyviin valmiisiin vaihtoehtoihin. Halusin vaihtoehdoiksi fysiologisesti ja esteettisesti erilailla käyttäytyviä vaihtoehtoja. Materiaalin fyysinen olomuoto kuivana ei ole helposti muokattavissa esimerkiksi lämmön avulla 4. Materiaalin hankintatavan vuoksi tutkimustu- loksia ei välttämättä voi soveltaa kaikkiin natriumpolyalrylaattiyhdisteisiin. Keskityin tutkimuksessani natriumpolyakrylaatin potentiaalisiin fysiologisiin, sekä esteettisiin ominaisuuksiin, tämän vuoksi materiaalin työstön prioriteettina oli juuri vedessä 2 3 Maija Fagerlund, henkilökohtainen tiedonanto haettu Emerging techonolgies, henkilökohtainen tiedonanto

6 laajentuminen ja vedensitomiskyky. Näin ollen keskityn kuvaamaan materiaalin ulkoiseen olemukseen ja funktioon liittyviä ominaisuuksia. TAULUKKO 1 Kankaiden ominaisuudet NIMI MATERIAALI TUNTU PAKSU SATIINI OHUT ORGANZA JOUSTAVA NEULE 100% POLYESTERI 100% POLYESTERI 93% POLYAMIDI 7% ELASTAANI joustamaton käsillä vedettäessä joustaa hieman mutta ei veny venyy runsaasti vedettäessä TAULUKKO 2 Natriumpolyakrylaatin ominaisuudet NIMI PAINO PAINO VEDESSÄ KOKO KOKO VEDESSÄ PIENI KUULA HALKAISIJA 3mm HALKAISIJA 13mm ISO KUULA KITEET HALKAISIJA 10mm RAEKOKO N. 0.5mm HALKAISIJA 55mm RAEKOKO N. 4mm 4.2 KOESARJA Koesarjan tarkoituksena oli löytää empiirisesti parhaat mittasuhteet kolmiuloitteisen objektin työstämiseen kankaan ja natriumpolyakrylaatin yhdistelmässä. Päätin siis testata koepalojen avulla ommellun rakenteen ja polyakrylaatin suhdetta ja vaikutusta. Ensimmäisten testien aikana ompelin kaksi koepalaa jossa kankaaseen ommeltujen kanavien koko vaihtui 1cm leveydestä aina 5cm leveyteen. Tässä erässä polyakrylaatin määrä oli joka kanavassa sama 5 pientä kuulaa. Totesin valmiiden koepalojen avulla pelkän ommellun kanavan tutkimisen olevan mielekkäämpää niin, että natriumpolyakrylaatin määrä suhteessa kanavan tilavuuteen on vakio.

7 Kaikissa sarjan koepaloissa natriumpolyakrylaatin ja kanavan tilavuuden suhde pysyi saman. Kätännössä tämä tarkoittaa molempien kasvamista samassa suhteessa. Kuulamuodossa olevat polyakrylaattipallot mittasin lukumäärän mukaan. Painon mittaaminen lukeutui pois määrien ollessa pieniä. Aluksi kokeilin punnitsemista keramiikan laboratorion vaa alla, materiaali oli kuitenkin niin kevyttä että tehtävä oli mahdoton. Tämän vuoksi mittasin raemuotoiden polyakrylaatin silmämääräisesti. Teknisesti rakeiden saaminen kanavaan ja oikean määrän yllä pitäminen oli erittäin vaikeaa. Tutkimukseni kannalta oleellisempaa oli materiaaliyhdistelmien ominaisuuksien testaus, kuin varsinaisen valmiin yhdistelmän löytäminen. Tämän vuoksi hyväksyin mittausmetodikseni silmämääräisen arvioinnin ja kuulien lukumäärän laskemisen. Valmistin koepalat ompelemalla taulukon 3 osoittamalla tavalla eri yhdistelmistä koostuvia tilkkuja. Ompelin kaikkia tilkkuja kaksi kappaletta jotta materiaalien vertailu veteen altistamisen jälkeen olisi helppoa ja mielekästä. Käytin kaikkien koepalojen ompeluun tikinväliä 1 jotta saumasta tulisi mahdollisimman tiivis. Ompelemiseen käytin 100% polyesterilankaa. Kaavio 1 Koepalojen kaava TAULUKKO 3 Koepalojen materiaaliyhdistelmät NEULE SATIINI ORGANZA ORGANZA ISOT KUULAT PIENET KUULAT RAKEET ISOT KUULAT PIENET KUULAT RAKEET -

8 SATIINI ISOT KUULAT PIENET KUULAT RAKEET - ISOT KUULAT PIENET KUULAT RAKEET NEULE - ISOT KUULAT PIENET KUULAT RAKEET ISOT KUULAT PIENET KUULAT RAKEET 5. TULOKSET TAULUKKO 4 Koepalojen materiaaliyhdistelmät vedessä KANAVAN LEVEYS 1cm 2cm 3cm 4cm 5cm organza, neule, pienet kuulat Tiukka, kuulat eivät mahtuneet täyteen leveyteensä napakka, kuulat mahtuivat luonnollisesti napakka, antaa painettaessa periksi kanava ei pysy muodossaan liikuteltaessa. Liian joustava Liian joustava. Kanavassa tulisi olla enemmän kuulia jotta rakenne napakka organza, satiini, pienet kuulat Liian tiukka, materiaali pursuaa organzan läpi eikä mahdu. Tiukka, materiaali ei pääse täyteen mittaansa. mahtuvat täyteen mittaansa kanavaan limittyen. täyttävät koko kanavan pysyen muodossaan täyttävät koko kanavan pysyen muodossaan. organza, neule, isot kuulat - - Napakka, kuula täyttää koko kanavan haljenneena kahtia täyttävät koko kanavan täyttävän koko kanavan. organza, satiini, isot kuulat - - Liian tiukka, lähes puolet materiaalista pursuaa organzan läpi, mahtumatta. Liian tiukka, osa materiaalista pursuaa organzan läpi, mahtumatta. Tiukka, kanava erittäin pinkeä, eikä kuulat mahdu täyteen mitttaansa. satiini, neule, isot kuulat - - Tiukka, kuula täyttää koko kanavan kuitenkaan halkeamatta täyttävät kanavan muotonsa pitäen täyttävät kanavan muotonsa pitäen organza, neule, rakeet Tiukka, rakeet eivät mahtuneet täyteen mittaansa napakka, rakeet mahtuivat luonnollisesti mahtuvat täyteen mittaansa. Vankka rakenne. kanava ei pysy muodossaan liikuteltaessa. Liian joustava Liian joustava. Kanavassa tulisi olla enemmän materiaalia jotta rakenne napakka organza, satiini, rakeet Liian tiukka, materiaali pursuaa organzan läpi eikä mahdu. napakka, rakeet mahtuivat luonnollisesti Napakka, materiaali mahtuu täyteen mittaansa kanavan täyttäen Napakka, materiaali täyttää kanavan muotonsa pitäen Napakka, materiaali täyttää kanavan muotonsa pitäen

9 Kuva 1 Koepalat rinnakkain, isot kuulat

10 Kuva 2 Koepalat rinnakkain, pienet kuulat

11 Kuva 3 Koepalat rinnakkain, rakeet

12 neule, satiini, rakeet 5.1 KUVIA KOEPALOISTA 5.2 PIENET KUULAT Pienten kuulien koepaloissa oli kiinnostavaa huomata optimaalisin kanavan leveys koepalaa tutkimalla. Melkein kaikissa koepaloissa optimaalisin leveys ja materiaalin määrä oli 10 kuulaa 2cm levyisessä kanavassa. Näin saavutettiin napakka muotonsa pitävä lopputulos, jossa kuulat kuitenkin mahtuivat täyteen mittaansa sopivasti keskenään limittyen. Tätä pienempään tilavuuteen mentäessä osa kuulista (taulukko 4) jopa pursui kankaan läpi loppuneen tilan vuoksi. Muissa kankaan sisällä pysyneissä yksilöissä kangas tuntui liian tiukalta ja kuulilla ei ollut tilaa liikkua lainkaan. 2cm leveyden yli mentäessä kanava alkoi tuntua Löysemmältä, lopullisessa kolmiuloitteisessa sovelluksessa tämä saattaisi aiheuttaa ongelmia muodon pysyvyden kanssa. 5.3 SUURET KUULAT Suurempia kuulia sisältäneissä koepaloissa oli kiinnostavaa huomata erilainen käyttäytyminen verrattuna pienempiin. Ilmeisesti materiaalin suuremman joustavuuden ja vedensitomiskyvyn seurauksena suuremmat kuulat muokautuivat paremmin kanaviin niiden ollessa ahtaitakin. Kuitenkin näissä koepaloissa oli myös huomattavissa otollisin kanavanleveys. Parhaimmat lopputulokset kävivät ilmi 4cm levyisistä, kaksi kuulaa sisältävistä kanavista. Näissä rakenne säilytti joustavuutensa ja napakkuutensa ollen silti tarpeeksi tilava kuulien täydelle laajenemiselle. Isojen kuulien tapauksessa ne kuitenkin muokkautuivat hieman ovaalimaisiksi muotoutuen kanavaan. 5.4 RAKEET Pienten rakeiden muodossa oleva natriumpolyakrylaatti käyttäytyi olomuotonsa ansiosta erilailla kuin kuulamuodossa oleva materiaali. Arvelin jo ennen koepalojen valmistusta ja testausta sen sopivuutta joillekkin kankaille. Hypoteesini oli että varvempireikäisestä neuleesta polyakrylaattirakeet menisivät helposti vettä sidottuaan läpi. Ajattelin myös organzan soveltuvan paremmin tälle materiaalille. Arvelukseni osoittautuivat oikeaan

13 koepalojen testauksen jälkeen. Monissa koepaloissa materiaali puristui paineen alaisena kankaan kudoksen läpi, tämän pystyisi todennäköisesti välttämään käyttämällä vähemmän natriumpolyakrylaattia suhteessa kanavan leveyteen. 5.5 KANKAAT Kaikki kankaat käyttäytyivät lähes tulkoon arvelemallani tavalla. Yllätyksiäkin kuitenkin nousi esiin. Neuleen ja ohuen organzan yhdistelmät olivat visuaalisesti kauniita ja rakenteellisesti kestäviä. Kuitenkin vaihtamalla ohut organza paksumpaan satiiniin, pystytään saavuttamaan vieläkin kestävämpi rakenne. Neuleen jousto-ominaisuudet soveltuivat erityisesti kuulien kanssa käytettäväksi, rakeet kuitenkin menivät helposti harvan neuleen läpi ollesaan vettä sitoneessa muodossa. Kokonaan joustamattomat kangasyhdistelmät aiheuttivat polyakrylaatin hajoamista tilavuuden ollessa liian pieni. Kuitenkin määrän ja tilavuuden suhteen ollessa tarkkaan mietitty, voisi nämäkin yhdistelmät olla lupaavia. Kaiken kaikkiaan sain kattavan käsityksen kankaiden toimivuudesta, löydösten perusteella voidaan sanoa vastaavien kudosrakenteiden olevan rinnastettavia tutkimuksen kankaiden materiaaleihin. Näin ollen mahdollisissa sovelluksissa kankaiden valintoja voi pohjata tutkimuksen löydöksiin, vaikkakin varsinainen kankaan rakenne taikka materiaali olisi eriävä. 5.6 VÄRIT Myös koepaloista syntyneet väriyhdistelmät näyttivät kiinnostavilta. Erityisen lupaavia ovat neuleen alta kuultavat oranssin sekä turkoosin yhdistelmät. Myös organzan läpi pursunneet siniset ovat kiinnostavan näköisiä väriyhdistelmiä. Tulevissa testeissä myös rakeita voisi värjätä altistamalla ne värjättyyn veteen.

14 6. JOHTOPÄÄTÖKSET Analysoin tuloksia jokaista koepalaa tutkien ja vertaillen. Keskityin kuivan ja veteen altistetun kappaleen eroa ja muutoksia. Kaiken kaikkiaan tulokset olivat erittäin kiinnostavia ja odotuksesta poikkeaviakin. Kiinnostavaa oli huomata materiaaliyhdistelmien käyttäytyminen erilailla vaikka natriumpolyakrylaatin määrä suhteessa tilavuuteen, oli koepalan jokaisessa ommellussa kanavassa sama. Koepaloja tarkastelemalla voidaan todeta materiaaliyhdistelmien sopivan pidemmälle vietyihin tuotekonsepteihin ja jatkokehitykseen. Erityisesti kasvituotannon sovellusten tuomat mahdollisuudet tulosten parissa vaikuttavat mielenkiinotisilta. Aion viedä tutkimustuloksia pidemmälle ja testata materiaalin toimimista käytännössä. Löysin tuloksista myös esteettisesti hyvin mielenkiintoisia tuloksia. Erityisesti värillisten kuulien ja läpikuultavien kankaiden yhdistelmistä kävi ilmi kiinnostavia visuaalisesti viehättäviä lopputuloksia. Myös raemuotoinen natriumpolyakrylaatti näytti kiinnostavalta yhdistettynä kosteana lähes läpinäkyvään organzaan. Ylipäätään koko materiaalin luonne ja muodonmuutos oli kokonaisuutena kiinnostava.

15 7. LÄHTEET Biohajoavuus: P&G consumer care, henkilökohtainen tiedonanto Mayagroup customer service, henkilökohtainen tiedonanto Polyesterin kierrätys: Maija Fagerlund, Henkilökohtainen tiedonanto Veden sitomiskyky: haettu Muokattavuus: Emerging techonolgies, henkilökohtainen tiedonanto